基于PXIe总线技术的电场指纹检测系统设计与十种现场总线技术的比较研究

在自然环境中的应用探索

技术背景

电场指纹法是一种无损检测技术，能够通过微小的电压变化来分析金属结构的缺陷、裂纹以及腐蚀情况。这种方法具有高精度和高准确性，但由于被检测区域的金属等效电阻非常小，因此需要提高激励电流强度以提升数据采集设备对响应电压的采集精度。然而，过大的激励电流可能导致金属材料产生焦耳热效应，对温度补偿带来挑战，并且波动也会影响数据。

检测系统的工作原理

2.1 电场指纹法基本原理

电场指纹法利用图中所示方式在待测管道表面布置一个采集电极矩阵。当向管道加载激励电流后，在管道内部及表面会建立起一个特定的直流电场。当有腐蚀缺陷产生时，electric field line 在一定程度上受到干扰而发生变形。在腐蚀缺陷区域附近的信号会发生细微变化，可以通过比较局部曲线微小变化来分析缺陷状况。

模块化设计与验证

3.1 硬件系统

本监测系统遵循通用化、模块化、标准化设计原则搭建。

电源控制模块：使用NI公司PXIe－4112板卡提供恒定且高精度直流输出。

数据采集模块：由数字万用表模块PXIe－4081及低噪声程控矩阵开关模块PXI－2535组成，以实现快速、高分辨率测试和自动切换功能。

温度补偿模块：使用NI9217板卡进行温度测量并进行软件编程温补。

软件系统开发与验证

本系统采用LABVIEW开发环境进行编写，有很好的可扩展性，并且操作简单。它包含了多条数据流，主数据流为采集矩阵電壓信號數據流，其他為溫度等環境參數信號數據流。为了能够精确地定位局部腐蚀，在软件中设置了初次扫描和重复扫描相结合模式进行数据采集。

5 系统验证：

通过实验验证了检测系統性能與理论模型的一致性，以及測試結果與實際應用情況的一致性，並對比了十種不同的现场總線技術及其優劣势，为未來無損檢測設備研發提供参考。